Wifi服务框架介绍（原）

        本文简要介绍WIFI服务的主要框架以及运作机制。

        WIFI框架主要涉及到以下几个对象：WifiService、WifiManager、WifiServiceImpl、WifiStateMachine等。下面来介绍这四个对象的内在联系。

一、WIFI服务的初始化

        WIFI服务的初始化分为两个部分，WifiService的初始化和WifiManager的初始化，下面分别介绍。

1.1、WifiService的初始化流程

        WifiService的初始化流程是在SystemService中被启动的：

        @SystemServer.java
        private static final String WIFI_SERVICE_CLASS = "com.android.server.wifi.WifiService";
        private void startOtherServices() {
            mSystemServiceManager.startService(WIFI_SERVICE_CLASS);
        }

        在这里通过SystemServiceManager将WIFI的主服务(WifiService)启动，然后来看该Service的启动过程：

        @WifiService.java
        public final class WifiService extends SystemService {
            private static final String TAG = "WifiService";
            final WifiServiceImpl mImpl;
            public WifiService(Context context) {
                super(context);
                //创建WifiServiceImpl对象
                mImpl = new WifiServiceImpl(context);
            }
            @Override
            public void onStart() {
                //将WifiServiceImpl注册到ServiceManager
                publishBinderService(Context.WIFI_SERVICE, mImpl);
            }


            @Override
            public void onBootPhase(int phase) {
                if (phase == SystemService.PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY) {
                    mImpl.checkAndStartWifi();
                }
            }
        }

        以上是WifiService的全部内容，其实该Service只完成了两个任务：
        1、在初始化时，也就是构造方法中，创建WifiServiceImpl对象。
        2、在onStart时，将WifiServiceImpl对象注册到ServiceManager中。
        这里创建的WifiServiceImpl是整个WIFI服务的管理者，他负责将客户端对WIFI的请求分类，然后派发给不同的处理中心。
        下面先来看WifiServiceImpl的属性：

        public final class WifiServiceImpl extends IWifiManager.Stub {}

        这说明该类是一个服务的实现类。
        然后来看该对象的初始化过程，也就是构造方法：

        @WifiServiceImpl.java
        public WifiServiceImpl(Context context) {
            mContext = context;
            mInterfaceName =  SystemProperties.get("wifi.interface", "wlan0");
            mTrafficPoller = new WifiTrafficPoller(mContext, mInterfaceName);
            //创建wifi状态机
            mWifiStateMachine = new WifiStateMachine(mContext, mInterfaceName, mTrafficPoller);
            mWifiStateMachine.enableRssiPolling(true);
            //初始化各种管理者
            mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();
            mAppOps = (AppOpsManager)context.getSystemService(Context.APP_OPS_SERVICE);
            mNotificationController = new WifiNotificationController(mContext, mWifiStateMachine);
            mSettingsStore = new WifiSettingsStore(mContext);
            HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");
            wifiThread.start();
            mClientHandler = new ClientHandler(wifiThread.getLooper());
            mWifiStateMachineHandler = new WifiStateMachineHandler(wifiThread.getLooper());
            mWifiController = new WifiController(mContext, this, wifiThread.getLooper());
            mBatchedScanSupported = mContext.getResources().getBoolean( R.bool.config_wifi_batched_scan_supported);
        }

        在这里初始化各种与WIFI管理有关的辅助类，其中包含最重要的一个就是WIFI的状态机WifiStateMachine，他是整个WIFI机制的核心。下面来看该状态机的初始化流程：

        @WifiStateMachine.java
        public WifiStateMachine(Context context, String wlanInterface, WifiTrafficPoller trafficPoller){
            super("WifiStateMachine");
            mContext = context;
            mInterfaceName = wlanInterface;
            //创建NetworkInfo对象
            mNetworkInfo = new NetworkInfo(ConnectivityManager.TYPE_WIFI, 0, NETWORKTYPE, "");
            mBatteryStats = IBatteryStats.Stub.asInterface(ServiceManager.getService( BatteryStats.SERVICE_NAME));
            //创建各种辅助类
            IBinder b = ServiceManager.getService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE);
            mNwService = INetworkManagementService.Stub.asInterface(b);
            mP2pSupported = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature( PackageManager.FEATURE_WIFI_DIRECT);
            mWifiNative = new WifiNative(mInterfaceName);
            mWifiConfigStore = new WifiConfigStore(context, mWifiNative);
            mWifiAutoJoinController = new WifiAutoJoinController(context, this, mWifiConfigStore, mWifiConnectionStatistics, mWifiNative);
            mWifiMonitor = new WifiMonitor(this, mWifiNative);
            mWifiInfo = new WifiInfo();
            ......
            //初始化状态机
            addState(mDefaultState);
            addState(mInitialState, mDefaultState);
            addState(mSupplicantStartingState, mDefaultState);
            addState(mSupplicantStartedState, mDefaultState);
            addState(mDriverStartingState, mSupplicantStartedState);
            addState(mDriverStartedState, mSupplicantStartedState);
            addState(mScanModeState, mDriverStartedState);
            addState(mConnectModeState, mDriverStartedState);
            addState(mL2ConnectedState, mConnectModeState);
            addState(mObtainingIpState, mL2ConnectedState);
            addState(mVerifyingLinkState, mL2ConnectedState);
            addState(mConnectedState, mL2ConnectedState);
            addState(mRoamingState, mL2ConnectedState);
            addState(mDisconnectingState, mConnectModeState);
            addState(mDisconnectedState, mConnectModeState);
            addState(mWpsRunningState, mConnectModeState);
            addState(mWaitForP2pDisableState, mSupplicantStartedState);
            addState(mDriverStoppingState, mSupplicantStartedState);
            addState(mDriverStoppedState, mSupplicantStartedState);
            addState(mSupplicantStoppingState, mDefaultState);
            addState(mSoftApStartingState, mDefaultState);
            addState(mSoftApStartedState, mDefaultState);
            addState(mTetheringState, mSoftApStartedState);
            addState(mTetheredState, mSoftApStartedState);
            addState(mUntetheringState, mSoftApStartedState);
            //设置状态机初始模式
            setInitialState(mInitialState);
            //启动状态机
            start();
            ......
        }

        我们看到，在WifiStateMachine的初始化过程中创建了大量的辅助类，其中就包括NetworkInfo，他的作用就是标记当前网络的各项属性，比如当前网络的类型、是否可用、是否处于漫游等，然后还创建了许多WIFI的状态机，标识当前WIFI所处的状态，最后将状态机初始状态设置为mInitialState，并将状态机start。
        以上就是WifiService的全部初始化过程，其主要过程分为以下四个部分：
        1、在SystemServer中启动WifiService；
        2、在WifiService启动过程中创建并初始化WifiServiceImpl；
        3、在WifiServiceImpl初始化过程中创建并初始化WifiStateMachine对象；

        4、在WifiStateMachine初始化过程中创建各种状态机并启动他们；

1.2、WifiManager的初始化流程

        WIFI框架还有另外一个初始化流程实在ContextImpl中进行的。
        当系统初始化时， 会在Context对象的实现类ContextImpl中注册一些常用的服务，这样就可以在应用内部通过Context对象的getSystemService()方法来获取相应的服务。而WIFI在ContextImpl中注册了WifiManager用于向一般应用提供WIFI的服务：

        @ContextImpl.java
        registerService(WIFI_SERVICE, new ServiceFetcher() {
            public Object createService(ContextImpl ctx) {
                IBinder b = ServiceManager.getService(WIFI_SERVICE);
                IWifiManager service = IWifiManager.Stub.asInterface(b);
                return new WifiManager(ctx.getOuterContext(), service);
            }});

        从这里可以知道两个信息：
        1、应用可以通过Context对象的getSystemService(Context.WIFI_SERVICE)的方法获取到一个WifiManager的对象用于控制WIFI；
        2、WifiManager的创建需要使用ServiceManager的WIFI_SERVICE服务，而这个WIFI_SERVICE就是在WifiService中注册的WifiServiceImpl对象；
        下面来看WifiManager的创建过程：

        @WifiManager.java
        public WifiManager(Context context, IWifiManager service) {
            mContext = context;
            //这里的mService就是创建WifiManager时传递进来的WifiServiceImpl对象
            mService = service;
            init();
        }
        private void init() {
            synchronized (sThreadRefLock) {
                if (++sThreadRefCount == 1) {
                    //获取WifiServiceImpl中的Messenger对象
                    Messenger messenger = getWifiServiceMessenger();
                    if (messenger == null) {
                        sAsyncChannel = null;
                        return;
                    }
                    //创建AsyncChannel通道
                    sHandlerThread = new HandlerThread("WifiManager");
                    sAsyncChannel = new AsyncChannel();
                    sConnected = new CountDownLatch(1);
                    sHandlerThread.start();
                    Handler handler = new ServiceHandler(sHandlerThread.getLooper());
                    //与WifiServiceImpl申请建立单向AsyncChannel
                    sAsyncChannel.connect(mContext, handler, messenger);
                    try {
                        sConnected.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Log.e(TAG, "interrupted wait at init");
                    }
                }
            }
        }

        从上面WifiManager的初始化过程中我们看到，其初始化的过程中完成了以下两个任务：
        1、用WifiServiceImpl初始化mService对象；
        2、向WifiServiceImpl申请单向的AsyncChannel(想要连接AsyncChannel请点击这里)；
        至此，WIFI框架就完成了所有需要初始化的动作，我们用一张流程图来标识该过程：

二、WIFI服务的运作机制

        由于应用操作WIFI是通过WifiManager进行的，那么我们可以从WifiManager开始来查找消息在WIFI内部的传递机制。
        以下是WifiManager提供的几个比较重要的对外接口：

        //获取所有网络连接
        public List<WifiConfiguration> getConfiguredNetworks() {}
        //添加网络连接
        public int addNetwork(WifiConfiguration config) {}
        //更新网络连接
        public int updateNetwork(WifiConfiguration config) {}
        //是否支持5Ghz
        public boolean is5GHzBandSupported() {}
        //是否支持WIFI热点
        public boolean isPortableHotspotSupported() {}
        //打开关闭WIFI
        public boolean setWifiEnabled(boolean enabled) {}
        //连接某个WIFI
        public void connect(int networkId, ActionListener listener) {}
        //断开当前连接
        public boolean disconnect() {}
        //添加黑名单
        public boolean addToBlacklist(String bssid) {}
        //清除黑名单
        public boolean clearBlacklist() {}

        我们挑选两个比较典型的方法进行跟踪，分别是：控制WIFI开关的setWifiEnabled()和连接某个WIFI的connect()方法。

        为什么要挑选这两个方法呢？是因为这两个方法分别使用两种方式与WifiService进行通讯。

2.1、setWifiEnabled方式

        在该方式中，WifiManager通过直接调用的方式与WifiServiceImpl进行通讯。

        @WifiManager.java
        public boolean setWifiEnabled(boolean enabled) {
            try {
                //直接调用mService的setWifiEnabled方法
                return mService.setWifiEnabled(enabled);
            } catch (RemoteException e) {
                return false;
            }
        }

2.2、connect方式

        与setWifiEnabled不同，在该方式中， WifiManager利用与WifiServiceImpl之间的AsyncChannel来交换信息：

        @WifiManager.java
        public void connect(int networkId, ActionListener listener) {
            if (networkId < 0) throw new IllegalArgumentException("Network id cannot be negative");
            validateChannel();
            //通过AsyncChannel与WifiServiceImpl传递信息
            sAsyncChannel.sendMessage(CONNECT_NETWORK, networkId, putListener(listener));
        }

2.3、WifiManager小结

        在上面两节中分别介绍了两种WifiManager与WifiServiceImpl通讯的方式，其实不仅是以上两个方法， WifiManager中所有的对外公开的public方法，最终都是通过这两种方式与WifiServiceImpl进行沟通。

        我们可以这样理解WifiManager：他是WIFI模块向外部应用透漏出来的接口，其他所有应用都可以通过WifiManager操作WIFI各项功能，但是WifiManager本身并不具备处理请求的能力，而是把所有请求转发给WifiServiceImpl对象，而发送请求的方式就是直接调用或者通过AsyncChannel。

2.4、WifiServiceImpl中对请求的处理

        无论采用何种沟通方式，WifiManager最终都会把应用的请求转交给WifiServiceImpl来处理。那么接下来的流程是怎样的呢？WifiServiceImpl将会如何处理WifiManager转发过来的请求呢？
        我们继续跟踪上面两个方法的调用流程来查看WifiServiceImpl的处理过程。
        先来看setWifiEnabled()方法，该方法是直接由WifiManager调用到WifiServiceImpl中的，其实现如下：

        @WifiServiceImpl.java
        public synchronized boolean setWifiEnabled(boolean enable) {
            //权限检查
            enforceChangePermission();


            //权限检查
            long ident = Binder.clearCallingIdentity();
            try {
                if (! mSettingsStore.handleWifiToggled(enable)) {
                    return true;
                }
            } finally {
                Binder.restoreCallingIdentity(ident);
            }
            //向WifiController发送请求
            mWifiController.sendMessage(CMD_WIFI_TOGGLED);
            return true;
        }

        在这里我们看到，WifiServiceImpl将请求转交给WifiController来处理。
        下面来看WifiManager中connect()方法的处理，当初WifiManager收到该请求后，通过AsyncChannel的方式向WifiServiceImpl发送CONNECT_NETWORK的请求，那么WifiServiceImpl的接下来就需要在自己的Messenger中处理，而这个Messenger是从getWifiServiceMessenger()中传递给WifiManager的，我们来看是哪个Messenger来处理该请求：

        @WifiServiceImpl.java
        public Messenger getWifiServiceMessenger() {
            //权限检查
            enforceAccessPermission();
            enforceChangePermission();
            //这里的Messenger的Handler是mClientHandler
            return new Messenger(mClientHandler);
        }

        从这里看到，WifiManager拿到的Messenger中的Handler其实就是mClientHandler，他是在WifiServiceImpl初始化时被创建的：

        @WifiServiceImpl.java
        public WifiServiceImpl(Context context) {
            ......
            HandlerThread wifiThread = new HandlerThread("WifiService");
            wifiThread.start();
            mClientHandler = new ClientHandler(wifiThread.getLooper());
        }

        也就是说WifiManager通过AsyncChannel发送的消息都会在ClientHandler中接收到：

        private class ClientHandler extends Handler {
            ClientHandler(android.os.Looper looper) {
                super(looper);
            }
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                switch (msg.what) {
                    case WifiManager.CONNECT_NETWORK:
                    case WifiManager.SAVE_NETWORK: {
                       WifiConfiguration config = (WifiConfiguration) msg.obj;
                       int networkId = msg.arg1;
                       if (msg.what == WifiManager.SAVE_NETWORK) {
                       }
                       if (msg.what == WifiManager.CONNECT_NETWORK) {
                           if (config != null) {
                               //配置config
                               if (config.networkId == WifiConfiguration.INVALID_NETWORK_ID) {
                                   config.creatorUid = Binder.getCallingUid();
                               } else {
                                   config.lastUpdateUid = Binder.getCallingUid();
                               }
                           }
                       }
                       if (config != null && config.isValid()) {
                           //将请求发送给WifiStateMachine
                           mWifiStateMachine.sendMessage(Message.obtain(msg));
                       } else if (config == null && networkId != WifiConfiguration.INVALID_NETWORK_ID) {
                           mWifiStateMachine.sendMessage(Message.obtain(msg));
                       } else {
                           if (msg.what == WifiManager.CONNECT_NETWORK) {
                               replyFailed(msg, WifiManager.CONNECT_NETWORK_FAILED, WifiManager.INVALID_ARGS);
                           } else {
                               replyFailed(msg, WifiManager.SAVE_NETWORK_FAILED, WifiManager.INVALID_ARGS);
                           }
                       }
                       break;
                   }
                }
            }
        }

        从上面这个处理来看，WifiServiceImpl将请求转交给WifiStateMachine来处理。
        其实WifiServiceImpl对请求的处理与WifiManager类似，他本身并不具备处理事物的能力，只是将请求分类后交由不同的处理者去处理。
        以上就是整个WIFI框架的初始化以及内部消息处理机制，下面用一张图来标识WIFI内部的消息流：